煤制甲醇生產工藝中主要的環境風險分析

苑玉駿

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

近年來，隨著化工業的迅猛發展，其造成的環境污染事故頻發。煤制甲醇生產過程具有涉及氣體有毒、有害等特點，各工藝環節皆可能產生環境風險源，使得該行業生產過程中存在大量的環境風險。本文通過對煤制甲醇工藝過程的分析，從工藝過程涉及的三態物質、工藝設備及裝置等方面，判斷各工藝環節可能產生的環境風險源及環境風險。

1 環境風險

環境風險是由于人類活動、人類與自然界共同作用引起，對人類社會及生存環境等造成不良結果的事故發生的可能性。根據風險源潛在危害性大小，可劃分為一般和重大危險源。隨著我國經濟近年的快速增長，同時也產生了大量的污染物，不斷爆發的環境風險問題不得不讓人重視。

2 某煤制甲醇項目概述及生產工藝流程

某企業年產25萬t甲醇，企業生活區建立在山腳下，占地共150萬m2。本文以該企業煤制甲醇過程分析為對象，進行環境風險分析。甲醇合成一般在高溫高壓的條件下，通過含有少量CO2的合成氣完成相關反應得到。煤制甲醇的工藝流程主要包括六個模塊，流程簡圖如圖1所示。

圖1 煤制甲醇六個模塊及生產簡要過程

3 煤制甲醇工藝重要的生產過程

3.1 煤炭的氣化

煤炭的氣化是以煤為原料，在一定條件下將煤或煤焦中的有機物轉化為煤氣的過程。高溫粗煤氣是在高溫高壓反應下，由氣化爐下部產出。

3.2 氣化煤氣脫硫以及硫的回收

煤氣的脫硫過程是甲醇生產過程中的一個非常重要的環節。H2S是水煤氣中的主要硫化物，大約占硫總含量的90%。H2S會導致合成過程中催化劑的活性降低并中毒，故需對煤氣進行清洗，去除其中的H2S等硫化物。時作為一種副產品，可回收單質硫[1]。

水煤氣的脫硫過程需要分階段、分步驟進行，煤氣的脫硫及硫回收流程，如第104頁圖2所示。

3.3 CO的變換

理想的甲醇合成氣的碳氨比為2.05。水煤氣變換單元實質是通過水蒸氣作如下變換反應：CO+H2O→CO2+H2，以制氫或調整合成氣的氫碳比，最后通過換熱及脫水過程制得甲醇原料氣，最終促進甲醇的合成。變換過程的流程簡圖，如第104頁圖3所示。

圖2 煤氣的脫硫及硫回收流程簡圖

圖3 CO的變換過程簡圖

3.4 甲醇的合成工序

來自煤氣化、CO變換及凈化處理后氫碳比約為2的甲醇合成氣進入甲醇合成塔的頂部，在甲醇合成催化劑的作用下，有效組分發生反應生成甲醇。甲醇合成工序流程圖，如圖4所示。

圖4 甲醇合成工序流程圖

4 煤制甲醇生產工藝中主要的環境風險分析

煤制甲醇過程較復雜，原煤的準備過程、煤炭的氣化過程、液體/氣體/固體輸送過程、反應過程、蒸餾過程、吸收過程、干燥過程及換熱過程等每個環節都存在一定的環境風險[2]。

4.1 原煤的準備過程

原煤的準備過程包括篩分和破碎，主要風險源有原煤破碎及篩分裝置、噪聲、氨水及煤泥水等。這些風險源會造成火災、爆炸、粉塵污染、噪聲污染等，具體形式為：1) 由篩分機和破碎機產生的噪聲污染。2) 氣化前為調整煤漿pH值使用的氨水會造成環境污染及危害。3) 原煤的運輸、破碎、篩分等環節都會不同程度地產生煤塵，其沉積在選煤設備上，易發生影響設備正常運轉等機電事故；其達到一定濃度后，遇有明火，易產生爆炸和著火；同時會造成粉塵污染。4) 煤場倉庫、煤堆表面粉塵顆粒的飄散會造成粉塵污染。5) 由于煤泥回收設備不完善，煤泥水難以管理等問題，會引發的環境風險問題和危害。

4.2 煤炭的氣化過程

煤炭的氣化過程主要采用GSP干煤粉氣化工藝，主要風險源有粗煤氣、廢水、廢氣及氣廢渣等。這些風險源會造成廢氣、廢水等環境污染，具體形式為：1) 氣化過程中的有害氣體，主要為煤氣的放散與泄露。2) 廢水主要有煤氣發生站廢水、氣化工藝廢水，廢水中主要污染物的成分為懸浮物、總固體、酪類、焦油等，這些廢水中部分污染物有毒，處理不當會損害人的身體健康，廢水中還含有部分易揮發性氣體，也會給大氣帶來環境風險。

4.3 液體、氣體、固體輸送過程

三態輸送過程主要風險源為輸送過程中的輸送機械、輸送管道及固體物料輸送機械等。這些風險源會造成爆炸及廢氣、廢水等環境污染，具體形式為：1) 若輸送的是易燃體時，設備和管道沒有良好的接地，將會有發生爆炸的環境風險。2) 當輸送機械的軸封裝置被輸送體腐蝕時，若輸送的是易燃、易爆、有毒體，會造成爆炸及使人類中毒。3) 原料儲存倉庫中原料堆表面粉塵顆粒的飄散和飛揚。4) 設備長期運行易在管道、氣閥、緩沖罐中形成積炭，會在一定條件下引發自燃及爆炸。5) 皮帶輸送機的轉動部位多，極易產生摩擦碰撞打火等引燃物料，在輸送可燃粉塵時可能發生空間爆炸事故。

4.4 反應過程

反應過程主要風險源為反應器。其會造成爆炸及有毒、有害物料外泄，對環境造成污染。具體形式為：1) 由于反應器是一個封閉的系統，隨著反應的進行，達到反應器的最大許可工作壓力，從而引起危險物質的釋放，造成環境污染。2) 高壓條件下，氫對金屬的腐蝕加劇，產生氫脆，進而引起物料外泄，對環境造成污染。3) 多數化學反應是在有攪拌器的反應器中進行的放熱反應，會存在反應溫度急劇上升，可能發生爆炸事故。4) 由于進出反應器的氣體或液體溫度較高，會導致反應器尤其是其連接處受熱變形出現泄漏，污染環境[3]。

4.5 蒸溜過程

蒸溜過程主要風險源為待分離物質、蒸饋塔等。這些風險源會造成有毒物質泄漏，造成嚴重的環境風險，具體形式為：1) 進入蒸溜塔的物質溫度高、壓力大，且多數還具有腐蝕性，法蘭、設備大蓋等易受熱變形出現泄漏，污染環境。2) 物料中含有揮發性的有毒氣體，可能通過放空口排放到空氣中，可造成一定的環境風險。3) 當蒸餾裝置操作不當或者出現故障時，可能導致有毒物質泄漏，引發環境風險。

4.6 吸收過程

此過程主要風險源為工藝過程涉及的化學物質及裝置等。這些風險源會造成爆炸，有毒物質泄漏，造成嚴重的環境風險，具體形式為：1) 洗冷箱內氣體泄漏有可爆氣體時，可能引起爆炸事故。2) 生產過程中，存在跑、冒、漏，造成介質大量泄漏，可能發生著火，進而引起爆炸事故，還可能會造成人員中毒，造成一定的環境風險。3) 在停車過程中泄壓速率過快及開停車過程中升溫速率過快等，可能將有毒、有害氣體排入環境，引發環境事故。

4.7 干燥過程

此過程主要風險源為物料中含有的風險物質，干燥設備等。這些風險源會造成粉塵污染、爆炸、有毒物質泄漏，造成嚴重的環境風險，具體形式為：1) 物質經過噴霧干燥后編程粉末狀產品，可能產生粉塵，對廠區環境造成污染。2) 物料中含有易揮發的有毒物質及易燃、易爆物質時，可能危害人體健康及引發爆炸事故。

4.8 換熱過程

此過程主要風險源為工藝中的化學物質及換熱設備。這些風險源會造成水體環境污染，引起燃燒和爆炸等，具體形式為：1) 換熱設備被腐蝕時，可導致物料泄漏到冷卻介質水中，而這些物料中大多屬于有毒有害的化學物質，會造成水體環境污染。2) 加熱器進行加熱可能造成溫度失控，引起燃燒和爆炸。3) 氟利昂等低沸點介質，若發生泄漏，對環境造成風險。

5 結語

綜上所述，煤制甲醇項目屬于較為危險的工藝流程，存在較多的環境風險。煤制甲醇主要環境風險包括可燃物質、有毒有害物質的泄露等，進而造成火災、爆炸及環境污染等重大環境事故。因此，應根據煤制甲醇工藝生產特點，針對其環境因素，找出最佳的評價方法，以使其造成的環境風險降到最低。